KOVY
1
Obsah
• Co jsou kovy
• V jaké formě se vyskytují
• Jak se vyrábí
• Struktura a vlastnosti kovů
• Koroze kovů
– Druhy koroze
– Korozní prostředí
2
CO JSOU KOVY?
Z chemického hlediska:
- Elektropozitivní
- Becketovova řada napětí
kovů
- Alkalické, alkalických
zemin, přechodné,
nepřechodné, ušlechtilé,
skupina železa, platinové,
lanthanoidy a aktinoidy
3
Z průmyslového hlediska:
- Kovové materiály – slitiny kovů nebo kovů s nekovy
- Využívány pro ojedinělé fyzikální vlastnosti, snadnou
opracovatelnost
- První zpracování již 7 000 př. Kristem
Vlastnosti
- Vysoká elektrická a tepelná vodivost,
- kujné, lesklé, pružné, houževnaté, odolné
- obvykle vysoká teplota tání a varu,
- mohou být toxické (Hg, Pb, Cd)
4
VÝSKYT KOVŮ
Ve sloučeninách ve formě:
Oxidů (nejčastěji):
Fe2O3 – rez
TiO2
Al2O3
SnO
Sulfidů:
FeS2 – pyrit
HgS – cinabarit
Ag2S – akantit
Halogenidů:
NaCl – halit
Ryzí kovy:
Au
Ag
Pt
Cu 5
VÝROBA Z RUD
Separační postupy
Odstranění doprovodných hornin a substancí – založeno na fyzikálních
jevech
Chemické reakce
• Termický rozklad - dodáním tepla
Oxidů kovů 2HgO → 2Hg + O2
Karbonylů/halogenidů kovů [Fe(CO)5] → Fe + 5CO
• Redukce – v přítomnosti redukčních činidel (C, CO, H)
Redukce vodíkem WO3 + 3H2 → W + 3H2O
Metalotermické r. (Aluminotermie ) Fe2O3 + 2Al → 2Fe + Al2O3
Cementační reakce (kov kovem) Zn + CuSO4 → Cu + ZnSO4
Elektrolýza (redukce na katodě) – princip galvanoplastiky
• Pražení
Výroba kovů ze sulfidů HgS + O2 → Hg + SO2
6
STRUKTURA A VLASTNOSTI KOVŮ
KRYSTALOVÁ STRUKTURA
Elementární buňka – pravidelně se
opakující šestistěn, tvoří krystal – zrno
Struktura
- Hexagonální – nejtěsněji uspořádané,
Mg, Zn, Cd
- Kubická plošně centrovaná – Al, Cu,
Ni, Au, Pt
- Kubická prostorově centrovaná –
nemá maximální zaplnění prostoru, αFe,
Mo, Cr, W, V 7
Poruchy krystalové struktury
Odchylky od ideálního stavu ovlivňují
technicky důležité vlastnosti
a)Bodové poruchy
• vakance (chybí atom v mřížce)
• intersticiály (vmezeření atomu)
• substituce (nahrazení atomu
základního kovu atomem příměsi)
• intersticiální příměsi (vmezeření
příměsi mezi atomy základního kovu)
b) Čárové poruchy
• dislokace - vznikají během tuhnutí
kovu – ovlivňuje trvalou deformaci, s
nižší pohyblivostí dislokací získáme
tvrdší a pevnější materiál – dochází ke
zpevnění
8
9
c) Plošné poruchy
• hranice zrn – zvýšená koncentrace bodových i čárových
poruch
• mezifázové hranice (u vícefázových materiálů) –
chemické složení, krystalová struktura i fyzikální vlastnosti
se skokově mění při přechodu z jedné fáze do druhé
• obě poruchy – významný vliv na mechanické vlastnosti:
jemnozrnný materiál → celková plocha hranic zrn větší →
účinnější překážka plastické deformace → pevnější a tvrdší
materiál
d) Prostorové poruchy (většinou z výroby)
• Dutiny – rozdílný objem taveniny a ztuhlé slitiny; plyny v
tavenině
• Trhliny – vnitřní pnutí materiálu,
KOROZE KOVŮ
„Koroze kovů je fyzikálně-chemická interakce kovu a prostředí,
vedoucí ke změně vlastností kovu, které mohou vyvolávat
významné zhoršení funkce kovu, prostředí nebo technického
systému, jehož jsou kov a prostředí složkami.“
Koroze ⨯ korozní produkt
Vede ke snížení primárních užitných vlastností výrobků –
snížení mechanických vlastností, zhoršení přestupu tepla,
zhoršení estetických vlastností, až ztráta integrity.
Korozi kovů v podstatě nejde zastavit – korozní rychlost – u
kovových předmětů kulturního dědictví by měla být do 0,01 μ
za rok. Nulová korozní rychlost je nereálná
10
11
Corrosion of Metals
https://www.youtube.com/watch?v=T4pSuflO
9fk&ab_channel=FuseSchool-GlobalEducation
https://eluc.kr-olomoucky.cz/verejne/lekce/2286
• Atmospheric Corrosion Vs Galvanic Corrosion - What's the difference?
• https://www.youtube.com/watch?v=Gy7hFxdIzvA&ab_channel=AREBasics
• Corrosion and rust- Science
• https://www.youtube.com/watch?v=XMr4vse7Ybo&ab_channel=Elearnin
• Corrosion : Factors Affecting Corrosion (Chapter 1)
• https://www.youtube.com/watch?v=voKRXIZjzvQ&ab_channel=KINETICSCHOOL
• Corrosion : Dry or Chemical Corrosion (Chapter 2)
• https://www.youtube.com/watch?v=I3QLMl1AK9Y&ab_channel=KINETICSCHOO
L
• Corrosion : Electrochemical Cell or Corrosion Cell (Chapter 3)
• https://www.youtube.com/watch?v=KdYWfaUS4uA&list=PLnQmyIBkUJL99u7ZBl
VItrxDC-_UJpRUY&index=3&ab_channel=KINETICSCHOOL
• Corrosion : Types of Electrochemical Cells (Chapter 4)
• https://www.youtube.com/watch?v=PAfZ6-
ycZw4&list=PLnQmyIBkUJL99u7ZBlVItrxDC-
_UJpRUY&index=4&ab_channel=KINETICSCHOOL
• Corrosion : Rusting of Iron (Chapter 5)
• https://www.youtube.com/watch?v=YDJJtfHc-
H8&list=PLnQmyIBkUJL99u7ZBlVItrxDC_UJpRUY&index=5&ab_channel=KINETICSCHOOL
12
Elektrochemická koroze
Při těsném, plošném spojení dvou odlišných kovů dochází v
místě kontaktu ke vzniku tzv. elektrochemického článku
(galvanický, elektrolytický).
Kovy se liší svým standardním redoxním potenciálem z
jejichž rozdílu lze měřit rovnovážné napětí článku
Článek vzniká v prostředí elektrolytu, kde dochází k
výměně iontů (anoda-katoda)
Elektrolytem může být kapalná i pevná fáze, která je
iontově vodivá (vzdušná vlhkost).
Děj probíhá i za pouhé přítomnosti vzdušné vlhkosti
Kovy jsou elektricky vodivé a jsou často vystaveny účinku
vodného elektrolytu → koroze je téměř vždy
elektrochemická přeměna anodickým rozpouštěním
13
DRUHY KOROZE
PLOŠNÁ KOROZE – na celém povrchu,
+/- stejnou rychlostí
ŠTĚRBINOVÁ KOROZE
Vzniká ve spárách a štěrbinách, nevětraných
dutinách kde se hromadí voda
BODOVÁ A DŮLKOVÁ KOROZE
Lokalizovaná, na kovovém povrchu vznikají
hluboké důlky a okolní povrch zůstává bez
napadení
14
15
KONTAKTNÍ KOROZE
V místě kontaktu dvou různých kovů, koroduje
méně ušlechtilý kov
MEZIKRYSTALOVÁ KOROZE
Způsobena strukturní a chemickou
nehomogenitou kovu na hranici zrn; projevuje se
při svařování
SELEKTIVNÍ KOROZE
Odstranění jedné složky slitiny, např. odzinkování
mosazí
KOROZNÍ PROSTŘEDÍ
ATMOSFÉRA
Až 80 % veškeré koroze,
Ovlivněna především relativní vlhkostí
atmosféry
Povrchová rez, podkorodování, poškození
spojů
VODA
Vodné prostředí – čistá voda, slabě
koncentrované roztoky
Ovlivněno příměsemi obsaženými ve
vodném prostředí (O2, soli, organické
látky, pH, teplota, obsah pevných částic,
rychlost prodění)
16
STYK SE STAVEBNÍMI HMOTAMI
Při styku s nealkalickými silikátovými materiály
(cihla, kámen, …) – propustné pro vlhkost →
praskání silikátů, vznik barevných skvrn
17
PŮDA
Korozní agresivita ovlivněna typem a
soudržností půdy, homogenitou, chemickým
složením půdního elektrolytu, pH a redox
potenciálu, kolísáním spodní vody (vlhkost),
hloubkou, ročním obdodobím,
mikroorganismy
Jílové půdy jsou agresivnější než propustné
půdy
18
MIKROBIÁLNÍ KOROZE
Stimulace korozních procesů mikroorganismy - mohou využívat složky
prostředí nebo korozní produkty pro svůj metabolismus
Mikroorganismy ve vodném prostředí – uchytí se na povrch a rostou →
vrstva biofilmu – způsobuje změny v chemickém složení i ve fyzikálních
podmínkách
- bakterie schopné oxidovat Fe2+ na Fe3+
- mikroorganismy jako zdroj agresivních látek, např. produkce H2SO4 síru
oxidujícími bakteriemi
- vznik koncentračních článků
https://vesmir.cz/cz/casopis/archiv-casopisu/2001/cislo-4/mikrobialni-
koroze-kovu.html
https://www.engineering.sk/strojarstvo-extra/3442-mikrobiologicka-
koroze-priciny-a-formy-napadeni
Shrnutí
19